酒曲在菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中的應用

2011No2144· Senial No.227China BrewingInnovation and Knowledge Transfer酒曲在菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中的應用馮迪,隆小華,劉兆普(南京農業(yè)大學(xué)江蘇省海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室,江蘇南京210095)摘要:菊芋是一種極具潛力的乙醇發(fā)酵原料,利用安琪釀酒曲具有發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇的能力研究安琪酸酒曲應用于菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工藝參數。確定最佳工藝條件為以14(w)的料液比調漿,32℃發(fā)酵60h。在此工藝條件下酒精度可達121%v,酒精產(chǎn)率達3819%.從試驗結果可推論,利用安琪酸酒曲發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇是可行的。關(guān)鍵詞:菊芋;酒曲;乙醇:發(fā)酵中圖分類(lèi)號:TQ9206文獻標識碼:A文章編號:0254-5071(2011)02-014403Application of Chinese liguor Qu in ethanol production from Jerusalem artichokeFENG Di, LONG Xiaohua, LIU Zhaopu*Jiangsu Key Laboratory of Oceanology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)Abstract: Jerusalem artichoke is a potential material for ethanol fermentation. The Angel M Starter of Liquor Making can be used for ethanolfermentation of Jerusalem artichoke. The fermentation parameters of Angel Starter of Liquor Making for ethanol production from Jerusalemartichoke were studied. The optimal conditions were determined as follows: the ratio of materials to water was 1: 4(w/v), the fermentation temperatureresults indicated that the ethanol production from Jerusalem artichoke fermented by Angel M Starter of Liquor Making was feasible vas38.19%.Thewas 32 C and the fermentation time was 60h. Under above conditions, the alcoholicity reached 12. 1%vol, and the ethanol yieldKey words: Jerusalem artichoke; Qu; ethanol; fermention菊芋(俗稱(chēng)洋姜、鬼子姜)屬菊科向日葵屬。其主要成用非糧作物生產(chǎn)燃料乙醇,是我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基分是多聚果糖除此之外還含有淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、半本方向。因此,菊芋成為可代替糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇用纖維素、果膠質(zhì)等成分。這些成分在酶的作用下可被分的很有潛力的能源植物解成易于被酵母利用的成分而產(chǎn)生乙醇的物質(zhì)。另外,菊我國釀酒歷史悠久,酒曲中蘊藏了豐富的有用微生物芋具有耐寒、耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、適應性廣、繁殖性強等資源。19世紀末法國人卡爾邁特從我國的酒藥中分離出優(yōu)點(diǎn)在全國各地均有分布。在糧食資源緊缺的今天,利糖化力強的莓菌應用在酒精生產(chǎn)上,號稱(chēng)阿米諾法”才收稿日期:201010-13基金項目:國家“948~項目Q2009-29):公益性行業(yè)(農業(yè))科研專(zhuān)項經(jīng)費項目200903001405);南京農業(yè)大學(xué)青年創(chuàng )新基金(K80I0作者簡(jiǎn)介:馮迪(1983-),女,山東東營(yíng)人,碩士研究生,研究方向為微生物發(fā)酵:劉兆普·教授,通訊作者檬酸組合的抗氧化效果最為顯著(zhù)[3]菊新楚吳侯抗氧化劑的抗氧化活性的測定方法及其評價(jià)中3結論國油脂,2000,25(6):119122.(63±1)℃加速氧化試驗結果表明,米糠油本身具有較[4]汪家銘米糠油的深加工及開(kāi)發(fā)應用前景江蘇食品與發(fā)酵,2003(1):31-34.好的貯存穩定性,在18d-21d之前都處于穩定期,相當于5]重永鵬圖蒙剛,米攀的綜合利用[化學(xué)教育,2006(1):45,16常溫條件下18-21個(gè)月的保質(zhì)期。添加抗氧化劑可明顯提凌關(guān)庭唐述潮陶民強食品添加劑手冊北京:化學(xué)工業(yè)出版高米糠油抗氧化性延長(cháng)貯存穩定性。TBHQ、PG和BHT3杜,200種抗氧化劑對米糠油的抗氧化效果不同,其中以TBHQ的四李嘉陳波水,方建華植物油抗氧化劑幾合成潤滑材料,20032抗氧化效果最好,其次為PG、BHT對米糠油而言,復合抗():1824.氧化劑的抗氧化效果優(yōu)于單一抗氧化劑的,其中以黃池寶羅宗銘食品抗氧化劑的種類(lèi)及其作用機理門(mén)廣東工業(yè)大0015%TBHQ+0005%PG組合的抗氧化效果最好。復合抗氧化劑與增效劑的復合作用效果比不加增效劑的效果10陳文植物油脂中的天然抗氧化劑門(mén)食品研究與開(kāi)發(fā),18好,其中以0.015%TBHQ+0005%PG001%檸檬酸復合作用的抗氧化效果最好,是同組最低抗氧化效果的3倍,與[ MADHAV D L Food antioxidants [M] New Yor: Marcel Dekker不加抗氧化劑的米糠油相比,抗氧化效果也提高了8倍,為解決米糠油的儲存問(wèn)題提供了有力的理論依據。[2]LOLIGER R. The use of antioxidants in food in free radicals and fooddditiveIM]. London: Tayler& Francis, 1991參考文獻:[3]GBT55381995油脂過(guò)氧化值測定S][14]BRANEN A L. Food additives[M ] New York: Marcel Dekker, Inc.[張偉敏鐘耕,王煒單不飽和脂肪酸營(yíng)養及其生理功能研究概況糧食與油脂2005(3):1315[5 BLOCK G, LANGSETH L Antioxidant vitamins and discase preve[2]吳時(shí)敏功能性油脂M北京:中國輕工業(yè)出版社2004tion[]. Food Technol, 1994, 48: 80-84.2011年第2期創(chuàng )新與借鑒中國釀造總第227期·145突破了供生產(chǎn)酒精用淀粉非用麥芽不可的狀況。因此,2結果與分析利用傳統酒曲對發(fā)酵新原料菊芋進(jìn)行研究意義深遠。另2.1菊芋原料分析外,傳統的制曲是多種微生物進(jìn)入曲料競爭生存,能適應制曲環(huán)境的保存下來(lái)并生長(cháng)繁殖積累了豐富的代謝產(chǎn)物豪1菊芋粉的組成成分分析和種類(lèi)繁多的酶系的過(guò)程。因此與單菌種發(fā)酵相比,酒Table 1. Composition analysis of Jerusalem artichoke powder組成成分水分%總糖%還原糖%曲能夠提供更豐富穩定的發(fā)酵菌種與酶系更加有利于乙質(zhì)量分數醇生產(chǎn)的工業(yè)化自20世紀30年代以來(lái)菊芋一步法生產(chǎn)乙醇的工藝主由表1可知,菊芋全粉成分主要包括糖類(lèi)化合物粗纖要是利用具有產(chǎn)菊粉酶的酵母,直接發(fā)酵生產(chǎn)酒精該法維、全氮、灰分,其中總糖的質(zhì)量分數為4225%還原糖質(zhì)的最終發(fā)酵醪酒精含量較低,同時(shí)菊粉的轉化率也較低明。量分數為611%。因此,直接利用菊芋粉發(fā)酵產(chǎn)乙醇是可鑒于酒曲擁有更豐富穩定的發(fā)酵菌種與酶系且菊芋糊化行的此外菊芋全粉中還含有一定量的蛋白質(zhì)和灰分,不溫度較淀粉質(zhì)原料低的特性。本試驗在對幾種酒曲發(fā)需添加氮源和無(wú)機鹽,可以降低乙醇發(fā)酵的成本。酵效果比較的基礎上,選取了發(fā)酵效果最佳的安琪釀酒曲22料液比對發(fā)酵的影響進(jìn)行進(jìn)一步研究,以達到直接利用優(yōu)良的傳統酒曲發(fā)酵新料液比影響發(fā)酵的醪液濃度和酶濃度。在32℃搖床培原料菊芋生產(chǎn)乙醇的目的。養料液比分別設為14、1:5、1:6、1:7和1:8。發(fā)酵結束后測1材料與方法定酒精度和還原糖含量,結果見(jiàn)表2。11原料與試劑菊芋:2009年11月份采摘于南京農業(yè)大學(xué)海洋863江襄2料液比對乙醇發(fā)酵的影響蘇大豐實(shí)驗基地:安琪釀酒曲:安琪酵母股份有限公司;乙Table 2. Effect of material-liquid ratio on ethanol fermentation醇(分析純):上海中試化工總公司:35二硝基水楊酸DNS)、液比酒精度%vol殘還原糖含量/(g·100mL)酒精產(chǎn)率33.772 molL NaOH200mL、酒石酸甲鈉130g、結晶酚5g、亞硫酸033328.40鈉5g;葡萄糖:中國醫藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司。1:65.90242279312試驗儀器28.162777Agilent7890AGC配有氫火焰離子檢測器(FD)和Agilent Chemstation:美國 Agilent公司; SpectraMax M酶標由表2可知,在上述條件下,隨著(zhù)料液比的增大殘還儀:美國 molecular devices公司:161A2電熱鼓風(fēng)干燥箱:原糖量減少酒精度明顯下降,酒精產(chǎn)率整體也呈下降趨上海試驗廠(chǎng):SHz-881臺式水浴恒溫振蕩器:中國江蘇太勢。當料水比為l4時(shí),酒精度和酒精產(chǎn)率均達到最大值,倉市光明實(shí)驗分析儀器廠(chǎng):DH乙D恒溫冷凍振蕩培養箱:分別為107%和337y%太倉市實(shí)驗設備廠(chǎng);滅菌鍋:北京發(fā)恩科貿有限公司。13測定方法還原糖:采用35二硝基水楊酸比色法總糖測定:采用蒽酮比色法。酒度測定:色譜條件色譜柱 HP-FFAP(30m×0320mm025μm);升溫程序:升溫至200℃:載氣QN)流速15 mL/min壓力24KPa,進(jìn)樣量02uL;分流比1:50134試驗計算酒精產(chǎn)率原料總重酒精產(chǎn)景囝1科液比對乙醇發(fā)酵的影響14試驗工藝Figure 1. Effect of solid- liquid ratio on ethanol fermentation14.1工藝流程菊節→100℃殺酶5min→切片烘干→粉碎→過(guò)40目篩→菊芋粉→由圖1可知,當料液比為1:4和1:5時(shí),乙醇含量最高值調漿→糊化→滅菌→加入酒曲→發(fā)酵出現在第3d而隨著(zhù)酵液濃度的降低,當料液比為1:6、1:7142操作要點(diǎn)和18時(shí),乙醇含量最高值在第2d出現。這是因為酒曲中微菊芋粉:準確稱(chēng)量10g菊芋粉每組3個(gè)平行生物的作用與醪液濃度和其自身濃度有一定關(guān)系,在一定糊化:糊化溫度為50℃糊化時(shí)間30min范圍內酶反應速度隨釋液濃度增加而成正比例增大。但滅菌:115℃滅菌30min當醪液濃度達到一定值時(shí),反應速度便不再增加,超過(guò)時(shí),2011No.2146· Senal No.227China BrewingInnovation and Knowledge Transfer活力反而下降同時(shí)酶自身濃度在一定范圍內時(shí)濃度高,定發(fā)酵的最佳時(shí)間為60h生成物也多。但這并非完全成正比關(guān)系。當酶濃度達到一定限度以上時(shí),反應速度也成一定值而變化極小。因此在適合的醪液濃度和酶液濃度時(shí),酒精度最高,原料出酒率也最高。結合表2和圖1,確定1為發(fā)酵產(chǎn)乙醇的最佳料水比。23適宜發(fā)酵溫度的確定發(fā)酵溫度影響酒曲中各種微生物的作用效果和繁殖速度。調漿使料液比為1海,搖床培養,設定溫度為28℃、時(shí)間/h32℃、36℃C、40℃圖3發(fā)酵時(shí)間對乙醇發(fā)薛的影響Figure 3. Effect of fermentation time on ethanol fermentation3結論28℃31通過(guò)試驗,確定發(fā)酵最佳料液比為1:4,最佳發(fā)酵溫度為36℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為60h。在此條件下發(fā)酵,酒精度可達121%vo,酒精產(chǎn)率達3819%32將酒曲應用于菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,其原料價(jià)格低廉、操作步驟簡(jiǎn)單、穩定性好,具有良好的應用前景時(shí)間/d圖2發(fā)酵溫度對乙醇發(fā)酵的影響參考文獻Fgue2. Effect of fermentation temperature on ethanol fementation(]陳銘達,劉兆普菊芋的加工及開(kāi)發(fā)利用中國林副特產(chǎn),200(4)35-36.由圖2可知,當發(fā)酵溫度為28℃、3℃和36℃時(shí),酒精孫紀錄賈英民,桑亞新,菊芋資源的開(kāi)發(fā)利用[小食品科技,2003度于發(fā)酵第3d達到最大值,分別10.1%Vl、114%vol和(1):27-2998%vol;而當發(fā)酵溫度為40℃時(shí),乙醇含量最高值出現在3]周正曹海龍朱豫等菊芋替代玉米發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的初步研究第2d。這是因為隨發(fā)酵溫度的升高酵母熱耐受性降低,雖傅金泉中國酒曲的起源與發(fā)展史探討門(mén)中國酸造,20106:180185然起始發(fā)酵迅速,較早達到乙醇含量最高值但隨著(zhù)發(fā)酵S]徐顆宜徐爾尼馮乃憲等微生物混菌發(fā)酵應用研究進(jìn)展門(mén)中國時(shí)間的延長(cháng),酵母死亡率增加,導致后發(fā)酵幾乎停止,水解釀造,2008(9):14.產(chǎn)生的可發(fā)酵性糖利用不完全使得乙醇含量下降。并且6 ANDAMME E, RYCKE DJ. Microbial inulinase: Fermentatio因為發(fā)酵迅速,過(guò)程不易控制,試驗過(guò)程中,發(fā)酵第3d,發(fā)ocess properties and application [ ]. Adv Appl Microbiol, 1983,酵溫度為40℃c的發(fā)酵液出現醋酸味。因此通過(guò)此試驗,確 GUIRAUDJ P, DAURELLES J. GALZY P. Alcohol production from定發(fā)酵的最適溫度為32℃Jerusalem artichoke using yeasts with inulinase activity [ ]. Biotechnol24適宜發(fā)酵時(shí)間的確定Bioeng,1981,23:487493發(fā)酵時(shí)間影響發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量以及原料和設備的利 RAUD J P, DAURELLES J, GALZY P. Alcohol production fror用率。料液比14,在32℃搖床培養,發(fā)酵時(shí)間分別設定為Blong,1981,23:487493l2h、24h、36h、48h、60h、72h、84h96h和108h9袁文杰趙心清白風(fēng)武一步法發(fā)酵菊芋產(chǎn)乙醇菌種的篩選及產(chǎn)酶由圖3可知在上述條件下隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),乙醇條件酶學(xué)性質(zhì)的研究幾生物加工過(guò)程2008,6(6):2529含量先增加后減少并在發(fā)酵0時(shí)達到最高值(121%v)?！?李杰菊芋厶醇發(fā)酵工藝的初步研究[]南京:南京農業(yè)大學(xué)說(shuō)明隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),酵母利用的可發(fā)酵性糖越來(lái)越碩士論文,200少,在極度匱乏的條件下,酵母菌有可能利用己生成的乙[李合生植物生理生化試驗原理和技術(shù)M北京:高等教育出版社醇為原料來(lái)維持其生存將乙醇轉化為酸等物質(zhì)最終導[1]李俊俊,唐艷斌唐湘華,等復合酶在菊芋粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇中致酒精度隨發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng)而下降。因此,通過(guò)此試驗確的應用門(mén)釀酒科技,2009(3):6568.《中國釀造》201年每?jì)?5元,全年180元